Введение.
Сфера строительства железных дорог имеет собственную длительную и интересную историю развития, которая тесно взаимосвязана с историей развития различных государств. История показала, что транспортная сфера способствует успешному, а также и активному развитию экономики.
В современном понимании железнодорожное строительство – это не только работы по созданию железнодорожного полотна, но еще и полный комплекс по обслуживанию, развитию и модернизации железных дорог. Кроме того, стоит отметить, что это очень активно развивающаяся сфера, которая является интересной и значимой для многих. Экономическое развитие некоторых отдельных районов, а также сфер и промышленных отраслей тесно связано с железнодорожным строительством, именно поэтому оно имеет такое большое значение.
На сегодняшний день железнодорожное строительство в мире развивается очень активно. На территории Земли сложно найти участки, не покрытые густой сетью железных дорог, которые могут успешно использоваться для транспортировки грузов и людей. Почему сейчас можно говорить о переходе железных дорог на новый уровень? Потому что в данной сфере появляются и успешно реализуются новейшие технологии, которые делают возможным появление путей даже в горных и прочих районах со сложным рельефом. Кроме того, инновации в железнодорожной сфере возвели на новый уровень и такие показатели, как качество перевозок и их скорость. Теперь даже на дальние расстояния можно передвигаться на большой скорости, однако это делает строительство и содержание железных дорог более наукоемким и сложным. Именно поэтому сейчас все чаще стали появляться не просто строительные компании, а целые институты строительства железных дорог, которые берут на себя выполнение всех исследований в данной сфере, расчетов, а также и самих работ [1]. Но стоит отметить, что, несмотря на большое количество инноваций вопросы борьбы с нежелательной растительностью на самом железнодорожном полотне, на полосе отвода и на вновь осваиваемых территориях предназначенных для прокладывания новых путей остаются открытыми.
Материалы исследования.
Нежелательной растительностью на железных дорогах являются сорные травы, дикорастущие деревья и кустарники, которые вырастают на откосах и обочинах земляного полотна, в боковых канавах и на открытых участках полосы дорог в результате естественных процессов расселения растений семенным или вегетативным способами [2].
К основным качествам, благодаря которым определенные виды трав, деревьев и кустарников становятся сорняками на дорогах, относятся:
- высокая семенная продуктивность;
- приспособленность семян к переносу ветром, водой или птицами на большие расстояния от материнского растения;
- способность размножаться вегетативным путем;
- способность выживать не только при повреждениях, но даже и при полном удалении их надземной части.
В настоящее время борьбу с нежелательной растительностью осуществляют различными методами, которые можно разделить на три основные группы: немеханические (химические, физические и биологические), механические [3] и смешанные (химико-механические) методы обработки (рис.1). В данном исследовании рассматривались перспективные немеханические методы борьбы с нежелательной растительностью для оценки возможности их использования при удалении древесно-кустарниковой поросли с полосы отвода железных дорог.
Рисунок 1 – Способы борьбы с нежелательной растительностью
Результаты исследования.
Сколь разнообразна нежелательная растительность, столь разнообразны и методы борьбы с каждым из её видов. Физические и биологические методы в основном направлены на борьбу с сорными травами, химическими же можно бороться как с сорняками, так и нежелательной древесно-кустарниковой растительностью.
1. Химический метод.
Среди немеханических методов наибольшее распространение получили химические средства борьбы с нежелательной растительностью. Так, например, отечественный гербицид нового поколения «Анкор», испытания которого проводились при проведении уходов за культурами кедра, при дозах 0,2 кг/га надежно подавлял сорную растительность в течение одного вегетационного сезона, не оказывая негативного воздействия на культуры [4]. Наиболее совершенным современным гербицидом системного действия является глифосат. Он не накапливается в почве, воде и пищевых цепях, чем выгодно отличается от других гербицидов. Однако его внесение необходимо осуществлять контактным способом, при помощи лубрикаторов. Это исключает снос гербицида ветром, попадание его на почву и культурные растения. По результатам испытаний данного гербицида при уходе за культурами ели было установлено, что на обработанных участках при дозах 2…3 кг/га в течение двух лет произошло полное усыхание 58 % мягколиственных пород. При этом опрыскивание повреждало 47…48 % культур ели, а контактная обработка лишь 15 % [5].
Опрыскиватель древесно-кустарниковой растительности [6] как раз относится к техническим средствам для борьбы с сорняками контактным методом обработки их гербицидами (рис.2).
Рисунок 2 – Опрыскиватель древесно-кустарниковой растительности
Работа опрыскивателя, осуществляется в следующей последовательности: В бак заливают рабочий раствор и опрыскиватель выезжает на просеку. Подгибающая балка надвигается на древесно-кустарниковую растительность (ДКР) нагибает ее, а затем на согнутые растения надвигается удерживающая балка и наезжает базовая машина (в качестве базовой машины используются серийные промышленные тракторы), рабочий раствор из бака поступает в насос и через регуляторы расхода по трубопроводам к распылителям, из распылителей он первоначально попадает на верхнюю часть согнутой ДКР, а в момент распрямления и на нижнюю, что повышает эффективность обработки.
Однако, при всех преимуществах химических средств в борьбе с нежелательной растительностью (сокращение трудо- и энергозатрат), им присущи существенные недостатки. Среди таких недостатков отмечают: изменение видового состава сорняков и появление устойчивости сорняков к гербицидам (наиболее быстро эта устойчивость возникает у размножающихся вегетативными органами сорных растений, особенно корнеотпрысковых) [7], неблагоприятное воздействие на почвенные микроорганизмы и мезофауну (дождевые черви, многоножки, мокрицы, насекомые и их личинки), отсутствие рыхления почвы и необходимость применения средств механизации внесения химикатов. При этом некоторые ученые ставят под сомнение высокую энергетическую эффективность применения гербицидов. Кроме того, при воздействии химических препаратов на древесно-кустарниковую поросль без её удаления происходит снижение эстетического восприятия клиентами инфраструктуры железных дорог в целом (т.е. образуется неопрятный так называемый «вид из окна»)
2. Физический метод.
В перспективе для борьбы с сорняками могут применяться излучатели ультравысокочастотных электромагнитных колебаний (УВЧ), электрические поля высокого напряжения и лазерное излучение. Исследования в штате Техас (США) показали, что использование УВЧ колебаний в полевых условиях приводит к гибели 81…100 % однолетних двудольных и многолетних сорняков. УВЧ вызывают усиленное движение молекул в тканях, возникающее при прохождении через них микроволн, или чрезмерное нагревание тканей.
В Шеффилдском университете (Великобритания) сконструировано устройство, позволяющее вести борьбу с сорняками с использованием высоковольтных разрядов. Устройства, применяемые для борьбы с сорняками этими способами, навешиваются на трактор, при этом один электрод в виде пластины по мере движения агрегата касается верхних частей растений междурядья лесных культур, а второй заземляется.
В Денмаркском университете (Дания) исследовалась возможность борьбы с сорняками при помощи лазерного излучения (СО2 лазер). Были установлены необходимые дозы экспозиции для различных сорных растений и подтверждена перспективность данного направления.
Еще один физический способ борьбы с сорняками это тепловой контроль. Экспериментальные исследования в Норвежском сельскохозяйственном университете позволили определить оптимальные соотношения времени и температуры обработки необходимые для гибели различных видов сорняков. На основании этих данных были разработаны конструкции рабочих органов с защитными и направляющими экранами, позволяющими поддерживать оптимальную температуру в обрабатываемой области. Эффективность данного метода во многом зависит от стадии развития сорняков [8].
Для изучения отечественного опыта физических способов уничтожения нежелательной растительности был проведён патентный поиск по базам Федерального института промышленной собственности.
Устройство для уничтожения сорной растительности электрическим током [9], работает следующим образом. При движении транспортного средства сорные растения попадают в зону зубьев рабочей пластины, а затем в пазы и отверстия пластины. Форма пазов заставляет сорное растение изгибаться в двух точках. В этих точках возникает надежный контакт активной поверхности рабочего органа и сорного растения; в результате этого сопротивление цепи “рабочий орган растение” снижается, ток в этой цепи увеличивается и возрастает эффективность воздействия электрического тока на сорное растение. Для очень жестких растений в пазу располагаются два вращающихся вокруг оси барабана с игольчатыми выступами. При попадании растения в паз игольчатые выступы впиваются в растение, уменьшая тем самым сопротивление поверхностного слоя сорного растения.
В устройстве для уничтожения сорной растительности с помощью электрического тока [10] имеется два элемента для определения количества сорных растений и их характеристик. Выходы упомянутых элементов подключены к соответствующим входам системы управления, которая в зависимости от данной информации вырабатывает сигналы, управляющие параметрами источника электроэнергии.
В устройстве для уничтожения сорной растительности [11] (рис.3) сзади трактора, возле вала отбора мощности смонтирован генератор 1, и возбудитель 2. На раме спереди трактора расположены: блок повышения напряжения 3, блок формирования импульсов 4. К передней раме также присоединены электродная система, состоящая из электродных секций 5, заземляющих ножей-электродов 6, изоляционных дугообразных стоек 7 и изоляторов 8. Установка высоты электродных секций и нивелирование поверхности обрабатываемого участка поля осуществляется с помощью опорных колес 9.
Рисунок 3 – Устройство для уничтожения сорной растительности
Перед началом работы в зависимости от условий обработки электродная система конфигурируется необходимым образом. Данная конструкция электродных секций и изоляционной стойки позволяет легко подстраиваться под ширину рядка, зависимого от вида растения, а также от фазы роста. С помощью изменения такого важного технологического параметра как ширина электродных секций можно влиять на эффективность обработки (при больших засоренностях уменьшение ширины секции приводит к уменьшению числа шунтирования одних сорняков другими при одновременности их прикосновения к одному электроду). При разных условиях обработки используются электродные секции и изоляционные дугообразные стойки одной конструкции. Может изменяться только их количество.
Однако, указанные методы воздействия на нежелательную растительность плохо применимы для древесно-кустарниковой поросли, произрастающей в полосе отвода железных дорог. В частности, использование электромагнитных воздействий может нарушить нормальное функционирование устройств автоматики, телемеханики и связи железной дороги, что отрицательным образом скажется на общей безопасности перевозок.
3. Биологический метод.
Для биологического подавления сорных растений до недавнего времени использовали только насекомых фитофагов.
Сельскохозяйственным университетом Северной Дакоты (США) проводились исследования в рамках программы борьбы с сорняками при помощи биоконтроля. Суть этого метода заключается в искусственном управлении популяциями насекомых, питающихся определенными видами сорняков. Исследования показали эффективность биоконтроля при минимальном вреде для окружающей среды [3].
Этот способ борьбы с сорняками неприемлем для использования на железных дорогах, так как большое количество насекомых на территории железных дорог – это уже проблема, угрожающая здоровью ее работников, в том числе на прилегающих территориях.
В последние десятилетия значительно расширились исследования по применению для борьбы с сорняками фитопатогенных и др. микроорганизмов. Выявлено, что продукты жизнедеятельности патогенных грибов могут быть использованы в качестве биологических гербицидов. Преимущество биологического метода состоит в отсутствии токсического действия на культурные растения и безопасности для человека и окружающей среды. Однако этот метод имеет ряд существенных недостатков: возможно появление вместо одних видов нежелательной растительности других; затруднена борьба с местными видами сорных растений. Биологический метод применим только против отдельных видов сорняков и его нецелесообразно использовать на территориях с большим разнообразием сорной растительности [7].
Выводы.
Таким образом, к числу недостатков немеханических методов обработки можно отнести невысокую экономическую эффективность и, главное, непредсказуемость экологических последствий, особенно, в среднесрочной и долгосрочной перспективе. Кроме того, ряд отрицательных последствий применения для удаления нежелательной растительности физических и биологических методов указывает на необходимость совершенствования механических [12]
методов борьбы с древесно-кустарниковой порослью, произрастающей в полосе отвода железных дорог.
Библиографический список
- Что такое современное железнодорожное строительство? // Библиотека Машиностроителя. [2011 - 2016]. – URL: http://lib-bkm.ru/publ/24-1-0-642 (дата обращения: 27.04.2016).
- Сорные растения // Википедия. [2005-2016]. Дата обновления: 28.04.2016. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Сорные_растения (дата обращения: 30.04.2016).
- Шабанов М.Л. Существующие и перспективные средства механизации борьбы с сорной растительностью / М.Л. Шабанов, М.Н. Лысыч, И.В. Левищев // Молодой ученый. – 2014. – №9. – С. 94-97.
- Бельчиков В.П. Современные возможности химического ухода за культурами кедра / В.П. Бельчиков, А.А. Бубнов // Лесн. хоз-во. – 1998. – № 6. – С. 33–34.
- Соколов А.И. Контактная обработка нежелательной растительности гербицидами в культурах ели / А. И. Соколов // Лесн. хоз-во. – 1998. – № 6. – С. 34–36.
- Опрыскиватель древесно-кустарниковой растительности: пат. 2219770 Рос. Федерация. № 2002105194/13; заявл. 28.02.2002. опубл. 27.12.2003. Бюл. №36.
- Топорков В.Н. Электроимпульсная установка для борьбы с сорняками: автореф. дисс. … канд. техн. наук. – М.: ФГБНУ ВИЭСХ, 2015
- Шабанов М. Л. Существующие и перспективные средства механизации борьбы с сорной растительностью / Шабанов М. Л., Лысыч М. Н., Левищев И. В./ Молодой ученый. — 2014. — №9. — С. 94-97.
- Устройство для уничтожения сорной растительности электрическим током: пат. 2045181 Рос. Федерация. № 5050448/15; заявл. 01.07.1992. опубл. 10.10.1995. Бюл. №24.
- Устройство для уничтожения сорной растительности с помощью электрического тока: пат. 2081581 Рос. Федерация. № 93 93032539; заявл. 22.06.1993. опубл. 20.06.1997. Бюл. №33.
- Устройство для уничтожения сорной растительности: пат. 91808 Рос. Федерация. № 2009142266/22; заявл. 16.11.2009. опубл. 10.03.2010. Бюл. №7.
- Платонова М.А. Основные результаты исследования кинематики и динамики малозвенных механизмов лесных машин / М.А. Платонова, М.В. Драпалюк, А.А. Платонов / Лесотехнический журнал. – 2015. – Т. 5. № 4 (20). – С. 208-214.